ตัวแปลงความร้อนจากร่างกายเป็นไฟฟ้า ทนทานแม้จะถูกยึดถึง 2,000 ครั้ง
19 กันยายน 2567 ( 23:25 )
20
ปัจจุบันผู้คนนิยมสวมใส่อุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก อย่าง เครื่องมือติดตามสุขภาพ (fitness trackers) กันอย่างมาก แต่มักประสบปัญหาแบตเตอรี่หมดกลางคันบ่อยครั้ง
ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน (the University of Washington) ประเทศสหรัฐอเมริกา จึงได้คิดค้นอุปกรณ์แปลงความร้อนจากร่างกายเป็นไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นและทนทาน แม้จะถูกเจาะหรือดึงถึง 2,000 ครั้ง และผู้คนสามารถสวมใส่ได้ เพื่อช่วยผลิตไฟฟ้าให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก เช่น แบตเตอรี่ เซนเซอร์ หรือ LED
นวัตกรรมนี้ทำงานเมื่อมีการสวมใส่อุปกรณ์บนร่างกาย ความร้อนจากผิวหนังจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าและสามารถใช้จ่ายไฟให้อุปกรณ์อื่นได้ทันที ดังเช่นที่มูฮัมหมัด มาลาคูตี (Mohammad Malakooti) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ สาขาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยวอชิงตันและนักวิจัยอาวุโสของโครงการกล่าว
โดยตัวแปลงไฟฟ้าแบบสวมใส่ดังกล่าวประกอบไปด้วยโครงสร้างหลัก 3 ชั้นด้วยกัน ได้แก่:
1. เทอร์โมอิเล็กทริกเซมิคอนดักเตอร์ (thermoelectric semiconductors) ชั้นตรงกลาง ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า
2. วัสดุผสมพิมพ์ 3 มิติ (3D-printed composites) ขนาบข้างชั้นเซมิคอนดักเตอร์ ช่วยเสริมประสิทธิภาพในการแปลงพลังงาน และลดน้ำหนักของอุปกรณ์
3. ลิควิดเมทัล (liquid metel) ที่เชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น ความนำไฟฟ้า และมีความสามารถซ่อมแซมตัวเองทางไฟฟ้า (electrical self-healing) นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อนไปยังเซมิคอนดักเตอร์ทำให้การแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ด้วยองค์ประกอบนี้ ส่งผลให้มันสามารถสร้างไฟฟ้าจากความร้อนตามร่างกายที่มีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสูงที่ 115.4 ไมโครวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร (µW cm−2) ที่ระดับอุณหภูมิต่ำ 10 องศาเซลเซียส ทั้งยังมีความยืดหยุ่นทนทานอย่างมาก สามารถทํางานที่ระดับความเครียดทางกลศาสตร์ (strain) สูงถึงร้อยละ 230
อุปกรณ์นี้ไม่เพียงแปลงความร้อนจากร่างกายเป็นไฟฟ้าได้ แต่ยังสามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ปล่อยความร้อนสูง อย่างเครื่องเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในศูนย์ข้อมูลต่าง ๆ ได้อีกด้วย
โดยการนำตัวแปลงความร้อนนี้ไปติดตั้งตามเซิร์ฟเวอร์ดังกล่าวจะเป็นการ รีไซเคิลความร้อนเหลือทิ้งมาจ่ายไฟให้กับเซนเซอร์ต่าง ๆ เช่น เซนเซอร์วัดอุณหภูมิหรือความชื้น ซึ่งจะช่วยประหยัดพลังงาน และลดความวุ่นวายในการเดินสายไฟใหม่ และนอกจากประโยชน์ด้านการผลิตไฟฟ้า อุปกรณ์ดังกล่าว ยังช่วยลดความร้อนบนพื้นผิวได้อีกด้วย
อุปกรณ์แปลงความร้อนจากร่างกายเป็นไฟฟ้าที่สามารถสวมใส่ได้นี้ยังคงอยู่ในช่วงพัฒนา ซึ่งทีมงานวิจัยกำลังมุ่งวางรากฐานเทคโนโลยีให้มีประสิทธิภาพและทนทานมากยิ่งขึ้น
ที่มาข้อมูล Interestingengineering
ที่มาของรูปภาพ University of Washington